Тепло в атмосфере

Многие думают, что Солнце нагревает воздух напрямую. На самом деле это не так. Солнечные лучи проходят сквозь атмосферу почти не нагревая её. Вместо этого солнечные лучи нагревают поверхность Земли: почву, камни, воду. А уже от поверхности тепло передаётся воздуху снизу вверх.Именно поэтому чем выше от земли — тем холоднее. В среднем температура падает примерно на 6°C с каждым километром высоты. Поэтому вершины высоких гор покрыты снегом даже в тропиках — например, на горе Килиманджаро в Африке.Атмосфера играет роль одеяла: она задерживает тепло, которое земная поверхность излучает обратно в космическое пространство. Без неё Земля остывала бы ночью так же быстро, как Луна — там температура падает до –170°C. Влажный воздух удерживает тепло лучше сухого, а облака усиливают этот эффект ещё сильнее. Поэтому облачные ночи теплее ясных — облака возвращают часть тепла обратно к земле.

Температура воздуха — одна из главных характеристик погоды. Её измеряют термометром, который помещают в специальную метеорологическую будку. Будка защищает прибор от прямых солнечных лучей и осадков, но пропускает воздух — чтобы показания были точными.На метеостанциях измерения проводят каждые три часа. Из восьми суточных измерений вычисляют среднюю суточную температуру — находят их сумму и делят на количество измерений. Например, если за сутки получили такие значения: +9, +8, +12, +14, +17, +15, +12, +6°C — сумма равна +93°C, а среднее значение: 93 ÷ 8 = +11,6°C.Аналогично считают среднемесячную температуру — складывают все суточные значения и делят на число дней. Среднегодовую — складывают средние значения за каждый месяц и делят на 12.Разность между самой высокой и самой низкой температурой за сутки называют суточной амплитудой, а за год — годовой амплитудой. Самая высокая температура воздуха зафиксирована в Ливии — +58°C, а самая низкая — на российской антарктической станции «Восток»: –89°C.

Каждый день Солнце восходит, поднимается до максимальной высоты, затем снижается и, наконец,
скрывается за горизонтом. Угол, под которым солнечные лучи падают на поверхность Земли, постоянно меняется. Утром и вечером Солнце стоит низко над горизонтом — лучи скользят по поверхности и рассеиваются на большой площади. В полдень Солнце в высшей точке, лучи падают круче и концентрируют тепло на меньшей площади.Однако на нагревание воздуха от поверхности Земли нужно время, поэтому наибольшие температуры в течение суток отмечаются обычно через два часа после полудня.Суточные колебания температуры зависят от местности. Над океанами амплитуда крошечная — всего 1–2°C. Вода нагревается и остывает медленно, сглаживая перепады. В пустынях и степях — всё иначе: там суточная амплитуда может достигать 20°C и больше. Ночью в пустыне бывает пронизывающе холодно даже после раскалённого дня. Растительность и облака смягчают колебания: лес удерживает тепло ночью и не даёт земле перегреваться днём.

Угол падения солнечных лучей напрямую зависит от географической широты. Логика здесь простая: чем дальше от экватора и ближе к полюсам, тем ниже Солнце стоит над горизонтом. А чем ниже положение Солнца, тем меньше угол падения его лучей на земную поверхность. В свою очередь, уменьшение угла падения означает, что то же самое количество солнечной энергии (света и тепла) распределяется на бóльшую площадь. Иными словами, на единицу поверхности приходится меньше тепла.В дни равноденствий, когда на всей планете (кроме полюсов) день равен ночи, количество получаемой энергии зависит от широты, то есть от высоты Солнца. В другие дни играет роль и продолжительность солнечного сияния: ведь на разных широтах разная длина светового дня.Именно поэтому солнце над Москвой летом никогда не поднимается так высоко, как над Гаваной, а над Мурманском — как над Москвой. И точно так же в Москве не бывает таких длинных летних дней и долгих зимних ночей, как в Мурманске, а в Гаване — как в Москве. 

Смена времён года — следствие двух вещей: орбитального движения Земли вокруг Солнца и наклона земной оси. Ось Земли наклонена под углом около 23,5° и при этом всегда «смотрит» в одну сторону — на Полярную звезду.В июне Северное полушарие наклонено к Солнцу: оно получает лучи под большим углом и дольше освещается в течение суток. Солнце поднимается выше, день длиннее — значит, тепла поступает больше. Это лето. В декабре всё наоборот: Северное полушарие отвёрнуто от Солнца, дни короткие, Солнце низко — это зима.Чем дальше от экватора, тем заметнее эта разница. В Мурманске летом Солнце не заходит совсем, а зимой не поднимается. Это явление известно как полярный день и ночь. В Москве перепад между летним и зимним днём огромен: продолжительность светового дня меняется более чем вдвое — от семи часов зимой до семнадцати с лишним часов летом. У экватора же длина дня почти не меняется в течение года, и сезоны практически незаметны.